面向通用飞行模拟的大规模三维场景可视化技术研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:asdofu0q84313480
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
国家有关低空空域改革政策的发布使我国通用航空事业获得了发展与繁荣的大好机会。鉴于飞行模拟器在军用民用航空中的巨大作用以及所具备的高技术含量和专业功能,它将会是通用航空事业中极具潜力的发展方向。在此背景下,水陆两栖飞机飞行模拟器原型系统的研制课题被提了出来。由于视景生成对飞行模拟的感官体验和模拟机的等级评定都具有较大影响,本文着重对视景仿真子系统的架构设计、实现以及视景生成的可视化关键技术进行了研究。视景生成一方面需要满足沉浸、交互、构想的虚拟现实基本属性,一方面又具有实时性强、场景范围大、复杂度高、特定交互需求、易用廉价等通用飞行模拟特性,对采用的可视化技术提出了更高的要求与挑战。因此,本文目的就是通过研究相关可视化技术,构建实用有效的视景生成软件环境,设计并最终实现通用飞行模拟视景仿真子系统。   水陆两栖飞机模拟中,地形和海洋是场景可视化的两大要素。飞行模拟的视觉和运动特点增大了地形可视化的复杂度和数据量,这就需要在诸多限制因素下通过数据预处理生成符合场景特点且有利于高效显示的地形数据库,并采用高效的地形数据调度解决大规模数据与有限内存之间的矛盾;另外,飞行模拟对海洋面有可视化和交互的双重需求,这又需要高效真实的海面建模与交互方法。为了解决以上三个关键问题,本文从地形数据的预处理生成和绘制、大规模地形数据的实时调度、海洋表面的建模与交互三方面展开研究。   首先,作为场景要素之一的地形,需采用合理的存储组织方式预生成地形数据库,以便更好地绘制。为此,首次提出了保持边界的聚类层次结构地形思想,确立了思想中“保持点”和“控制点”两个定义、及选用聚类层次结构地形表示的内涵。将“保持点”和“控制点”引入地形网格简化过程,改进了Melax的快速网格简化算法,提出了保持边界的地形网格简化算法;所得简化网格应用于聚类层次结构的地形表示,构建了保持边界的聚类层次结构地形格式。实验结果表明,保持边界的地形网格简化算法具有保持边界特性和更好的简化效果;保持边界的聚类层次结构地形格式则对飞行模拟地形显示、LoD算法及GPU都非常友好。   第二,为有效利用已有地形格式完成大规模地形场景的实时显示,首次将分支限界思想引入到分页调度中,提出了基于分支限界的地形分页查询算法,完备地解决了查询所涉及的分页识别与操作问题;改进基于视点视线投机预取的外插算法,结合地形分页查询算法,完成了对未来数据集的预取;以基于分支限界的地形分页查询算法为主、改进的外插算法为辅,建立了完整的分页调度机制。实验结果表明,该机制很好地保证了飞行模拟地形数据调度的高效性和可靠性。   第三,为兼顾飞行模拟对另一场景要素海洋的动态可视化与交互双重需求,首次将投影网格与波粒子两种方法相结合,提出了结合波粒子的自适应海洋表面建模与交互方法。一方面改进了投影网格方法的投影规则,避免了原方法无法互动的缺陷;另一方面改变了投影网格的高度替换方式,避免了原方法模拟海浪时无方向感的缺陷;使用波粒子模拟飞机与海面接触产生的尾迹,使得投影网格构建的海面具有与外物交互的能力。实验结果表明,该方法计算量有限,既能满足飞行模拟的动态可视化和交互需求,又具有一定的视景逼真度。   最后,融合上述三方面可视化关键技术,构建飞行模拟视景生成的软件环境;结合硬件环境,设计并实现了飞行模拟视景仿真子系统。系统测试验证了仿真的实用性和有效性,满足了水陆两栖飞机飞行模拟的视景可视化需求。
其他文献
随着Web服务不断的推广,网络中出现大量功能相同或者相似的Web服务。由于用户地域和网络环境的不同,相同Web服务QoS相对于不同的用户可能会差异很大,因此在众多功能相同的Web
随着人们生活水平的不断提高和信息领域的迅速发展,生物特征领域得到人们越来越多的关注和研究。一方面,生物特征比如人脸由于其普遍性,在娱乐方面的应用得到了广泛关注。儿童照
在计算机图形学中雨景的真实感绘制是一项重要的研究课题。雨的模拟可以大大增加场景的真实感,应用领域非常广泛,包括电影、动画、游戏和虚拟现实等领域。然而雨的真实感绘制是
在机器学习领域,特征选择已成为不可或缺的降维方法,尤其是基因数据,特征的维度从几十维到几万维。维度过高不仅会使模型的泛化能力降低,而且对分类时间复杂度有很大的影响。特征
在线事务处理应用面临着并发量和数据量持续增长的挑战,传统的应用服务器集群技术和分布式缓存技术并不能从根本上缓解高并发读写操作对于后台数据库的压力,管理分布式缓存的存
人格代表了一套源自于个体的、稳定的行为模式及内部加工过程,能对人进行有效的人际区分,在心理学研究中有着重要的意义。最常用的人格测量方法是人工填写量表,但由于这一形式耗
软件成本估算是软件项目计划中至关重要的一个环节。经由估算得出的信息,是指导人力资源的分配,进度节点的设定等计划活动所必需的。过高和过低的估算结果都会对项目计划的执行
In recent years,the new technological and data science achievements allowed the rapid growth of large-scale data.A typical example is the smart grid streaming da
报表系统在各行各业中都有很广泛的应用,使数据能够以特定的样式展现,并进行格式转化等处理。尤其是在信息管理,交通,银行,物流等行业的系统中,按照一定的需求生成不同数据,
随着互联网和社交网络的发展,PageRank的地位日益凸显。网络规模的不断增大,同时网络变化带来的时效性要求,也使PageRank计算对计算资源的要求不断提高。为降低上述问题对计算资